[实用新型]带有旋转流道的旋转射流发生装置

说明书

本实用新型涉及一种旋转射流的发生装置，它属于对机械工程中的高压射流喷嘴的改进。它是在普通的射流喷嘴的腔体内加设流体旋转机构，以使其喷管内部形成旋转流道，从而使得流体经过该装置时产生旋转流动。它主要是由流体旋转加速器和射流喷嘴等部分组成。

目前，在采矿和钻井以及液力清洗等工程方面所使用的射流喷嘴多数为普通的锥形喷嘴，近几年来才出现了脉冲射流、空化射流等新型射流技术。但这些射流都基本上是沿射流轴线平行前进的，它只对被冲击物体施加一个垂直的动压力，并靠这个射流动压力来冲蚀物体，这样就存在着被冲蚀破碎的碎屑受到垂直压力的压持而不易脱离和冲蚀破碎面积较小等明显的缺陷。因此，为克服这种不足和提高射流的冲蚀破碎及清洗效果，就应使射流对被冲击的物体不仅具有垂直冲击作用，还应具有横向的剪切作用。现有的资料表明，靠机械方法使喷嘴旋转，可使射流旋转并产生横向的剪切力和扩大冲蚀破碎面积，但这种方法受到结构复杂和活动部件寿命极短的限制。美国石油物理（Petrophysics）有限公司和比契尔（Bechtel）投资公司也曾使用过旋转射流喷嘴作为水力钻头来钻水平井，但它却需要一套专门的复杂设备和装置，另外，它也不能用于其它破岩钻头和液力清洗设备上。国内的石油大学曾研制出带有导向叶轮的旋转射流发生装置，但它仅适用于管径较大的射流喷嘴，对较小管径的射流喷嘴则由于制造困难和使用中易发生堵塞现象而难以实施。

本实用新型的目的就在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种既可在较小管径的射流喷嘴中产生快速旋转的射流，又无需增添任何附加设备的带有旋转流道的旋转射流发生装置。它主要是由流体旋转加速器和射流喷嘴等组成，其流体旋转加速器及射流喷嘴是在园形管体内依次串联而成。由于该装置的特殊结构，使得通过该装置的流体的每一质点都不仅具有较高的轴向速度，同时还具有一定的周向速度和径向速度，因此可对被冲击物体产生冲击和剪切的双重破坏作用，从而使它比现有技术中的任何喷具都具有更好的冲蚀效果。

附图1即为本实用新型的轴向剖面结构示意图。

附图2即为本实用新型的A－A剖面结构示意图。

附图3即为本实用新型的B－B剖面结构示意图。

附图4即为本实用新型的C－C剖面结构示意图。

为了更好地实现本实用新型的上述目的，本实用新型的设计者将流体旋转加速一段入口流道面积大于出口流道面积的园管构成，其入口端与旋流器的出口端相联，出口端则与射流喷嘴（4）的入口端相联；其射流喷嘴（4）出口的内壁（5）可以是不同的几何曲面，而这些几何曲面可以是柱面、锥面、球面、抛物面或其各曲面的组合。

本实用新型的设计者从优化结构和易于制造的角度出发，将旋流器（2）、流体加速器（3）和射流喷嘴（4）设计成既可以是与园形管体（1）为一体，也可以是分段联接固定的。

下面将结合实施例来详叙本实用新型的结构特点。

在实际制造和使用中，本实用新型的设计者是在射流喷嘴的园形管体内设置导向叶轮，该导向叶轮可以单级叶轮，也可以是多级叶轮组合拼接而成，其叶片一般为2～8片；为满足不同的使用目的，设计者还将射流喷嘴的出口内壁设计成园柱面、锥面、球面、抛物面或各曲面的组合。

根据计算和试验的结果，本实用新型各部分的结构参数为：

叶轮直径与射流喷嘴出口的直径比是2～8；射流喷嘴出口段的长度与其自身直径的比是1～5；流体加速器的长度与射流喷嘴出口直径的比是1～8；导向叶轮的长度与射流喷嘴出口直径的比是2～10。

为提高本实用新型的可靠性和使用寿命，设计者对旋流器、流体加速器和射流喷嘴均采用了硬质合金、工业陶瓷、微晶玻璃等硬耐磨材料，以此来提高其耐磨性和耐冲蚀性。

附图的图面说明如下：                                         1--园形管体  2--旋流器（导向叶轮  3--流体加速器             4--射流喷嘴  5--喷嘴内壁          6--旋转流道

由于本实用新型采用了特殊的旋转射流结构，可使其产生的旋转射流比普通的锥形射流的效果有较大的提高，试验表明：在相同的条件下与锥形射流相比，其破岩的门限压力降低一半，冲蚀面积扩大2～5倍，冲蚀深度增加3～6倍，破岩体积比能可降低85％以上，并对破碎岩屑的清洗效果有明显的改善。因此，本实用新型既可用于各种切削型钻头（如PDC钻头），也可用于普通的牙轮钻头或刮刀钻头，亦可用作水力破岩钻头或液力清洗、除锈等设备的冲头。